水泥的结构和性能 读书笔记

第二章水泥的相组成

一、硅酸钙

C3S（阿利特）

高水硬性化合物，OPC中占50%—90%。

C2S（贝利特）

OPC中占10%—40%。贝利特相对于阿利特有能力接纳数量较大的外源离子。

二、硅酸铝、铝硅酸钙的性能

偏高岭土和莫来石能作为粘土物料的分解产物出现在生料组成中。而一些铝硅酸钙通常则出现在矿渣和灰分中。

铝酸钙

铝酸三钙（C3A）是OPC中含铝最丰富的物相。

铝酸一钙（CA）则是HAC的主要物相，C11A7Ca(OH)2中的氢氧化物能被F2和Cl2及其它物类所取代。

铁铝酸钙

典型的熟料中，会产生对镁、钛和硅的吸收。

三、水泥中的碱

碱能够引起混凝土中的碱-骨料反应；含有碱元素的正交晶系的C3A，其水化性能降低。四、增多的MgO含量

MgO形成游离方镁石，或进入含硅酸三钙和铁铝酸钙等物相的一些固溶体。

五、含硫酸盐各相

硫铝钙石是硫铝酸盐熟料的主要物相，表现出相当快的水化性能。

C2SCaSO4CaCl2是一种具有较好水硬性的稳定矿物，能用于特种水泥方面。

六、含氯各相

若存在硫酸盐，含铝的硫硅钙石就会结晶。但是不是水硬性的。若温度较低时，就能生成水硬性的物相C2SCaSO4CaCl2。

七、水泥中的磷酸盐

磷酸盐仅以很小的浓度进入硅酸三钙，磷酸盐的含量增加导致C3S的生成量减少，C2S多晶相含量提高。

八、水泥中的重金属

随生料而来的一般是少量的ZnO。

铬的含量一般是非常小的，并且通过水化能掺杂在钙矾石中。

第三章波特兰水泥的水化

一、C3S的水化

C3S水化生成的C-S-H是一种组分可变的无定形显著的物相。

外加剂的影响

可溶的磷酸盐、氟化物以及Zn、Sn和Pb的盐都是缓凝剂，几乎所有的有机化合物也都充作缓凝剂。而碱金属的硫酸盐则是一类十分有效的促凝剂。

由于同离子效应的缘故，可溶性钙盐和碱金属氢氧化物两者都能影响C3S的初始溶解。CH 的核化受控于溶度积K CH=[Ca2+][OH-]

金属氢氧化物能进一步与羟基离子反应形成复杂的羟基阴离子，可以作为一种不溶性的钙盐而沉淀。ZnCl2-Zn(OH)2-Zn(OH)4-CaZnO2。

二、C2S的水化

C2S水化的贡献主要在长期性能上。C2S水化组成的C-S-H与C3S所形成的相似，但是由于其放热较低，水化动力学过程较慢。

三、C3A的水化

PC中所有矿物中，C3A的反应活性最大。

无硫酸盐时，能形成一类六方型水化物的前驱体，随后长成结晶性较好的带有C2AH8和C4AH19的六方板状体。这种亚稳的水化物继续转换到立方型的C3AH6稳定形态。

硫酸盐存在时，首先生成钙矾石。当石膏消耗完后，钙矾石继续水化生成稳定水化物C4ASH （单硫型硫铝酸盐）。最后产物为居于C4ASH12与C4AH13之间的固溶体，二者具有同结构关系，硫酸根和氢氧根离子以随机的方式占据层间位置，碳酸根等其他阴离子也可以占据，并且Fe3+还可以取代Al3+。因此化合物在总体上统称为AFm相。AFt用来标示具有相似组成变化的钙矾石类的物相。

四、C4AF的水化

水化历程类似于C3A，无石膏时生成亚稳态的铁代AFm相，并转化为C3(A,F)H6。有石膏存在时候，首先生成铁代AFt，此后石膏消耗完毕后转化为AFm。

五、硬化浆体的微观结构

C-S-H-多样性，CH-等边棱柱体或薄板状体，AFt-棱柱形针状体，AFm-薄六方片状体或不规则的“玫瑰花形”物。

第四章铝酸钙水泥

一、CACs的两种类型

a、“常规产品”，具有较多的含铁相，深灰或黑色，能用在很宽的温度范围内。

b、白色的一类，具有较多的铝氧化物，主要用于高温下的耐火目的。

二、CAC的水化

CA是首要的胶凝组分，同时C12A7、C4AF和C2S也显示出很好的水硬性，C2AS-C2MS2固溶体（黄长石）、CA2和多色玻璃相为弱水硬性。CT无水硬性。C AC水化期间，缺少所生成的游离石灰，导致良好的抗硫酸盐性，但是其抗强碱性则较弱。

三、与其他材料的混合

a、CAC-OPC混合物

制作快硬水泥，使凝结时间和抗压强度有所减少。当CAC掺量够大时（80%）可以产生良好的抗硫酸盐特性。

b、氢氧钙石

可以限制或终止专精的单碳型水化碳铝酸钙，可以避免强度的丧失。

c、GGBS

1：1掺入时可以减慢转晶速率，强度至少在一年内不会明显下降。

d、宏观无缺陷（mdf）水泥

能够增加抗弯刚度，强度为纯CAC的两倍以上。磷酸盐基的化合物不形成结晶的水化产物，而形成通过减小孔径尺寸和孔隙率而给CAC带来完整结构的铝铝酸盐-磷酸盐凝胶。

e、偏高岭土

可以稳定混合料的强度。

f、pfa

主要用于北极环境下油井水泥的配制。

四、抗硫酸盐性

水灰比不超过0.40时，铝酸钙水泥能够减轻并有效克服硫酸盐和氯化物的双重侵蚀。铝酸钙水泥中存在的氢氧化钙较为贫乏，难以促成钙矾石的生成。

第六章特种水泥

一、特种二元型混合水泥

a、硅粉PC

硅粉是无定形二氧化硅(85%)的一种球粒,无定形有助于反应活性,颗粒形状则能改善工作性.硅粉的加入可以增加水泥的稠度,抑制碱骨料反应(AAR)膨胀并提高水泥强度。

b、石灰石PC

石灰石的加入对水化相集合体作出贡献，形成单碳铝酸钙（C3A·CaCO3·11H2O）；可以改善抗硫酸盐性能，尽管有时会出现碳硫硅钙石的有害形成；当取代50%水泥组分时，水泥浆体抗硫酸（pH=4）侵蚀的能力有所提高。

c、拌有窑灰/生料磨灰的PC

碳铝酸钙水化物快速形成以及钙矾石的同时存在对强度更好的发展做出了贡献。

二、高贝利特PC

阿利特相被限制在20%上下，贝利特相接近或超过60%，并带有一部分玻璃质的，含低比率硅铝酸钙以及微细晶粒的铝酸盐和铁酸盐的基本相，就可以被类分为高贝利特水泥或活性贝利特水泥。

相较于阿利特水泥，贝利特水泥表现出较低的谈话性能，并具有更低的毛细孔隙率；并具有更高的28 d抗压强度；后期强度更好并具有较低的水化热。

三、球粒波特兰水泥

制备混凝土时具有更好的流动性；水灰比可以下降6-8%，有利于耐久性。

四、混合型高铝水泥

湿热环境中会发生转晶现象（准六方晶体CAH10转向立方型C3AH6）；易受高碱侵蚀。

加入40%-60%的矿渣后，HAC会形成C2ASH8（水铝黄长石）。具有长期连续发展的强度；各种环境中具有稳定性和耐久性；较高水灰比拌合时具有优越的抗硫酸盐性能。

CaO-Al2O-SiO2系统中水硬玻璃体的产生-水化时会引起水铝黄长石的生成。当某些组分中的水铝黄长石转晶为水石榴子石并伴随着强度的下降。

五、工程性质改善的水泥配方

a、纤维共磨水泥

表现出韧性和抗冲性的提高。但张拉应变能和最大荷载却没有显著提高。

b、高性能纤维增强胶凝性复合材料

一种由大体积含量的短切不连续纤维制成，一种由连续纤维织物制成。试验表明随着强度和刚度的增加还会伴随变形硬化。

c、DSP配方

超细粒子均匀压实的密实体系（DSP），可作为一些非常密实和高强的胶材料，含有70-80%的水泥和20-30%的平均粒径仅为0.1-0.2微米的超细材料，同时还掺入有效的颗粒分散剂。

d、包括宏观无缺陷水泥在内的水泥-高聚物系统

在水泥中加入高聚物如苯乙烯、醋酸乙烯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-丙烯酸、氯代苯乙烯、氯乙烯以及聚酯-苯乙烯。虽然其中大多数易受强碱侵蚀，但是却有很好的抗酸性。高聚物填充孔隙并形成一张增强的连续网络，导致了力学强化。

e、极快硬波特兰水泥